谈引气剂在抗冻混凝土中的运用

王明强

摘要：本文围绕引气剂在抗冻混凝土中的运用议题进行了研究和探讨，文章首先概述了常用引气剂的类型，然后分析了引气剂的抗冻机理，最后论述了引气剂加入到混凝土中的作用和效果，供相关人士参考。

关键词：引气剂；抗冻混凝土

1引言

对于建筑物尤其是水工建筑物来说，混凝土的性能和质量是十分重要的，只有混凝土性能满足要求才能确保建筑物的质量，也才能为后续的建筑物运维提供更好前提保障。在混凝土的性能中，耐久性是一个十分重要的衡量指标，这项性能对于建筑物的整体质量也有着不容忽视的影响。在我国的北方地区，对于建筑混凝土的抗冻等级，行业内通常是F200，普通的混凝土难以打到这样的抗冻等级，因此必须对普通的混凝土进行性能的改进和优化，来实现建筑混凝土抗冻等级的要求。改善的方法主要是通过引气剂来发挥作用，将其运用到混凝土中，增加混凝土的含气量，以此来对混凝土的性能进行优化，提高混凝土的抗冻性，使混凝土更加耐用。

2常用引气剂的几种类型

目前，行业内所采用的引气剂主要有以下类型：

烷基苯磺酸盐类型：该类型的引气剂是一种合成型洗涤剂，制作工艺较为简单，产品具有的性能优良，不仅易溶于水，而且产气泡迅速，因而在市面上销售范围较广，是目前业内使用十分普遍的一种引气剂类型。

松香树脂钠盐类型：该类型的引气剂是由几种原料制备而成的，主要的原料有松香、NaOH，在特定的温度条件下，经过皂化反应后，再对中间产物用NaOH进行处理，最后成为松香树脂钠盐引气剂。这样的工艺方法造就了该类型引气剂的性能优势和不足，虽然具有较好的引气性能，但是该类型引气剂具有水溶性较低的缺陷。

脂肪醇磺酸盐类型：该类型引气剂的制备工艺较为复杂，所需要的原料通常为脂肪醇聚氧乙烯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚等，经过聚合反应而制成。该类引气剂的特点是产品稳定性优。目前，在该类引气剂中，脂肪醇聚氧乙烯醚为原料制成的引气剂应用最为普遍。

其他类型：如木质素磺酸盐类型的引气剂、非离子表面活性剂类型的引气剂。其中，木质素磺酸盐类型的引气剂主要生产原料是木质素磺酸钙。非离子表面活性剂类型的引气剂主要制备原料是烷基酚环氧乙烷。木质素磺酸盐类型的引气剂除了具备引气剂的基本性能之外，还具有减水的性能，因而在混凝土性能的改善方面更具优势，抗冻性效果也更加明显。

3引气剂的抗冻机理

在谈引气剂抗冻机理之前，首先应对混凝土遭受冻害的问题进行原因的分析。混凝土中的空隙出存有一定的自由水，这部分自由水会受到外界环境温度的变化而发生自身形态的变化。当外界环境的温度降低到零摄氏度下时，混凝土表层的空隙及毛细网络中的自由水最先发生冻结，然后冻结的过程逐渐延伸到混凝土的内部，直到混凝土内部整个毛细网络中的自由水都冻结。而水在由液态变为固态的过程中体积增大，因而混凝土内压力增大，尤其是自由水积聚的局部位置会产生较大的压力，使混凝土膨胀，内部结构破坏。当温度上升后，混凝土内冻结的自由水由固态变为液态，体积缩小，而经过冻结之后的混凝土内部因壓力增加而导致的膨胀性结构破坏难以恢复，形成持久性的内部结构破坏，降低混凝土的性能，这也是混凝土容易受到冻害的原因。而引气剂的抗冻机理是：在混凝土中加入一定量的引气剂，在浆液搅拌过程中会引入空气，继而在混凝土浆液中产生大量的气泡。通过调节混凝土浆液中气泡的大小、气泡的均匀度以及气泡停留的时间等参数，就可以对混凝土的抗冻性能进行改善。由于大量气泡的存在，混凝土中原来的毛细网络渗水通道被气泡所隔断，这样就降低了渗水通道的连贯性，当加入引气剂的混凝土发生自由水冻结时，混凝土内部的压力增大，而大量的气泡会起到释放和缓解内部压力增大的作用，因而大大降低了混凝土的膨胀压力，混凝土内部的结构也不容易遭到破坏，因而可以使混凝土的抗冻性能得到有效的改善和提升。

4混凝土中加入引气剂的作用和效果

混凝土中加入引气剂后，混凝土的多种性能会得到改善，主要有以下几方面：

一是混凝土中加入引气剂后，混凝土的抗冻性能得到提升。气泡的存在可以改善混凝土内部网络结构，对于释放混凝土内部自由水冻结过程中产生的压力有着明显的效果，因而可以减少自由水冻结过程中对混凝土结构的破坏，提高混凝土的抗冻性能。

二是混凝土中加入引气剂后，混凝土的粘聚性能得到提升。由于引气剂和混凝土混合后会在浆液搅拌的过程中引入大量的气体，并以气泡形式留存在混凝土浆液中，因而这些气泡可以提高混凝土搅拌的均匀度，可以说，气泡在其中发挥出了类似滚珠的作用，这样就大大提高了混凝土浆液的粘聚性。

三是混凝土中加入引气剂后，混凝土的流动性能会得到改善。混凝土中因含有大量的气泡而体积增大，相当于利用空气对混凝土浆液进行了稀释，因此能够改善混凝土浆液的流动性能。

四是混凝土中加入引气剂后，混凝土的耐久性能得到改善。引气剂和混凝土搅拌过程中产生大量气泡，这些气泡存在于混凝土结构中，一方面可以改善混凝土内部的毛细网络通道结构，降低气体或自由水在通道中发生变化所引发的混凝土内部结构变化的风险，提高混凝土抵御不利风险因素的能力；另一方面，优于大量微小气泡的存在，通过调节气泡的均匀度，可以使混凝浆液的整体均匀度和稳定性得到提升，这些都可以对混凝土的耐久性能改善起到积极的作用。

五是混凝土中加入引气剂后，可以使混凝土的强度性能得到提高。混凝土中的引气剂主要是通过引入气体来改善性能，而混凝土的强度其中一个重要的衡量指标是混凝土的弹性模量。在加入引气剂后，对混凝土的弹性模量进行测定，发现混凝土的弹性模量有所降低，究其原因，可能是混凝土中含有的大量气泡会增加内部的稳定性，当混凝土受到冲击时，气泡的存在会更容易释放冲击力，通过更加弹性的方式来降低破坏力，因此可以使混凝土的强度性能得到提高。需要注意的是，虽然混凝土的强度有所改善，但是混凝土的耐磨性能会有所降低。

5结语

综上所述，在混凝土中加入引气剂后，会使混凝土的性能得到多方面的改善，如，提高抗冻性能、粘聚性能、流动性能、耐久性能、强度性能等，这些性能的改善不仅可以更好地满足建筑项目施工质量和施工安全的需求，同时也为建筑物后续的运维管理提供了有利条件，延长了建筑物使用寿命，节省了施工和运维的成本。因而，引气剂是混凝土施工生产过程中十分重要一类添加助剂。未来，随着建筑行业的发展，生产助剂工艺技术的不断革新，引气剂的类型也将越来越多，在性能方面也会有更加优异的表现，不仅仅是具有良好的抗冻性能，同时在流动性、泌水性、强度性能以及更多方面有着不俗的表现，成为具备优良的综合性能的混凝土添加剂。而这一目标的实现，需要化工技术研究人员、建筑施工人员、工艺优化人员以及更多从业人员的协同努力，彼时，引气剂在建筑混凝土中的运用将更加成熟，推动我国建筑施工质量水平的不断升高。

参考文献

[1]冻融与碳化交替作用下的混凝土性能试验，蒋林华，那彬彬，周晓明，等，《水利水电科技进展》，2012（04）

[2]冻融循环下不同强度混凝土损伤力学性能的试验研究，张连英，刘瑞雪，李雁，等，《水利学报》，2014（S1）

[3]水工混凝土耐久性影响因素分析及防治措施，陈雯龙，《水利规划与设计》，2016，11（5）

[4]关于混凝土外加剂使用中的几个问题，王星亮，《水利技术监督》，2016，7（4）

[5]水工建筑物中混合骨料混凝土抗冻融试验研究，段兰琴，《内蒙古水利》，2013（05）

（作者单位：中国水利水电第五工程局）